分子结构

Бутnеров АМ的有机物结构学说，只是论述了有机物分子结构，尚未涉及所有分子的结构。此外，它也未能说明分子中化学键的本质， 这就需要建立更具有普遍性的分子结构理论。

自 1897 年发现电子，特别是发现电子二象性建立量子力学，揭示了原子结构以后，人们逐步对化学键的本质有了比较深刻的认识。1916 年德国化学家 Kossel W 提出了电价理论，认为分子内原子间由于发生电子转移形成了阴、阳离子，并产生了静电引力而结合成分子。这一理论很好地解释了离子型化合物的结构与性质，但无法说明氢气、氧气等相同元素原子间的结合力。同年，美国化学家 Lewis G N 又提出共价论进行了补充。他指出，分子内原子也可以通过共享电子对结合，形成稳定分子。至此，经典价键理论的电子学说已经日瑧成熟。但是其弱点是把电子看成为静态，未能反映出动态电子的化学键本质，因而很难解释共价键具有方向性等问题。这样，如何进一步深入探讨化学键的本质，建立相应的化学理论，就成为 20 世纪初期化学家面临的一个重要任务。

1927 年，英国化学家 Heitler W 和 London F W 二人完成了这一任务。他们把量子力学引进化学，讨论了化学中最简单的氢分子结构，即氢分子中核－电子相互作用的体系，初步揭示了化学键的本质──氢分子中两个氢原子成键是由于电子密度分布集中在两个原子核之间使体系能量降低所致。或者说，由于电子云的分布是集中在原子核之间并发生了重叠而形成了化学键所致。由此计算得到的破坏氢分子化学键所需

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要的能量为454.8kJ·mol -¹，核间距为0.74 A ，同实验数值相差无几。

这样就使得在运用量子力学解决化学分子结构问题上取得成功，并创立了新的化学理论－－量子化学。它反映了化学家对分子结构的认识已经深入到电子二象性的层次，并使价键理论的观念、研究方法发生了深刻变化。它对化学键的认识和牛顿的引力、Kekulé F A 的亲和力、Kos－sel W 的静电引力、Lewis G N 的静态电子对的观念不同，是以电子概率波的重叠来揭示其本质的，并对各种化学键做出了统一解释，实现了一次辩证综合。量子化学的■ 把化学从经验或半经验的科学阶段推进到理论性科学的发展阶段，成为一门更为严谨的学科。同时也推进了科学思维方法的发展。

化学家把量子力学引入化学，成功地探讨了分子结构并创立了量子化学。从方法论的角度看，是运用了一系列的科学思维方法。首先是化学移植法，即借助于其他学科的理论与方法研究化学对象的一种思维方法。显然， 量子化学正是借助物理学科的量子力学理论与方法研究作为重要化学研究对象的分子结构而形成和建立的，是化学移植法运用的结果。其特点是能够为化学提供一个前所未有的认识化学键的概率波、电子云的研究方法，深入地揭示了化学运动的本质和规律，导致了新的边缘学科－－量子化学－－的诞生，促进了化学发展。运用这一移植法的客观依据是自然界物理运动和化学运动形式之间的相互联系与统一。作为物理学研究对象的原子结构和作为化学研究对象的分子结构，尽管二者的复杂程度有所不同，然而就其本质来说都是一种核－电子体系，从而构成了量子力学移植于化学领域并取得成功的基础。一般说来，研究较低级运动形式的学科理论与方法，都可以移植于研究较高级运动形式的学科领域，以建立更精密、定量化的理论。

其次是化学演绎法，即从科学的一般性认识到化学的个别性认识的一种推理形式或思维方法。既然量子力学是描述微观粒子一般性运动规律的理论，当然也就可以用来描述化学中分子内微观粒子（核与电子）的特殊性运动规律。这样，Heitler W 和 Lon－don F W 两人就把量子力学的一般性理论

演绎到化学领域进行逻辑推理，从而在化学史上第一次用量子力学理论阐明了两个氢原子构成氢分子的化学键本质，显示了理论演绎的解释功能，为认识分子结构开拓了道路。

再次是化学分析与综合方法，即先把化学事物的整体分解为部分、单元或要素，暂时割裂开来加以考察；然后再把化学分析的结果联结起来，复原为整体认识的一种方法。量子化学在处理分子中的多电子体系时就是这样， 在描述一个电子时暂时把其他电子“凝固”起来，并将它们按一定方式“涂抹”成电子云，然后再把这一电子看成是在这种电子云和核所形成的势场中运动，最后再通过叠加过程，逐步把一个个电子的行为合成为一体。具体方法是先求第一个电子的波函数，然后再求第二个电子的波函数。可以看出， 用量子化学方法处理分子的过程体现了分析与综合的统一，化学分析方法与化学综合方法的统一。